EP2667064A1 - Seal system and generator with the seal system for sealing a gap - Google Patents

Seal system and generator with the seal system for sealing a gap Download PDF

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Publication number
EP2667064A1
EP2667064A1 EP12168640.6A EP12168640A EP2667064A1 EP 2667064 A1 EP2667064 A1 EP 2667064A1 EP 12168640 A EP12168640 A EP 12168640A EP 2667064 A1 EP2667064 A1 EP 2667064A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing
gap
ring
generator
sealing system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12168640.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ergün Aydin
Marek Bornträger
Dominique Haag
Jan Hallek
Volker Schmitz
Elena Soriano Rodriguez
Ya ZHANG
Adam Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP12168640.6A priority Critical patent/EP2667064A1/en
Publication of EP2667064A1 publication Critical patent/EP2667064A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/46—Sealings with packing ring expanded or pressed into place by fluid pressure, e.g. inflatable packings

Definitions

  • the invention relates to a sealing system for sealing a gap, which is formed by two mutually facing and spaced sealing surfaces, and a generator which is equipped to seal its interior against the environment with the sealing system.
  • a generator has a rotor with electrical conductors which heat up during operation of the generator.
  • the generator is equipped with a cooling circuit, with which the heat is removed from the generator.
  • hydrogen is circulated in the cooling circuit as a carrier medium for the heat, with which the interior of the generator is flowed through.
  • the use of the hydrogen as the carrier medium is particularly advantageous because with the hydrogen due to its high heat absorption ability a good removal of heat can be accomplished and due to the low viscosity of hydrogen only low friction losses occur when circulating the carrier medium.
  • the generator and the cooling circuit must be designed to be tight.
  • a sealing of components of a radiator of the cooling circuit against components of the generator is problematic because the components of the generator have a much higher operating temperature than the components of the radiator.
  • the components of the generator are heated more than the components of the radiator, so that the components of the generator undergo a greater thermal expansion than the components of the radiator, resulting in a relative movement between the components of the generator and those of the Cooler.
  • the object of the invention is to provide a sealing system for sealing a gap on two facing sealing surfaces and a generator with the sealing system, wherein the sealing system has a high density over a long period of time.
  • the sealing system according to the invention is suitable for sealing a gap, which is formed by two facing and spaced sealing surfaces, wherein the gap, a high-pressure chamber and a low-pressure chamber are fluid-conductively connectable.
  • the sealing system has a sealing body and a sealing plate which bridges the gap at the two sealing surfaces and fixed in the longitudinal direction of the gap and facing the high-pressure chamber has a third sealing surface on which together with the other two sealing surfaces of the sealing body can be applied fluid-tight, the the side facing away from the third sealing surface and facing the high pressure chamber side has a recess formed in such a way that by means of the pressure difference between the high-pressure chamber and the low-pressure chamber of the sealing body to the sealing surfaces can be pressed fluid-tight.
  • the generator according to the invention has the sealing system, wherein the high-pressure space of the filled with hydrogen interior of the generator and the low pressure space is the environment of the generator, so that sealed with the sealing system, the generator against its environment hydrogen-tight.
  • the width of the sealing surfaces are substantially equal.
  • the gap is preferably widened, so that a sealing chamber is delimited from the three sealing surfaces. It is preferable that the seal chamber has a rectangular cross section.
  • the recess is preferably limited by two flanks, which form the recesses V-shaped in cross section.
  • the gap is preferably annular and the sealing body according to the annular profile of the gap formed as a sealing ring. Furthermore, it is preferred that the recess is formed as a circumferential groove. At the bottom of the groove an O-ring is preferably arranged. Here, it is preferable that the O-ring is mounted in the seal ring under a radially inward bias.
  • the groove is preferably formed with their flanks such that is held due to self-locking of the O-ring within the groove.
  • the pressure difference prevails.
  • This pressure difference is bridged by the seal body.
  • the sealing body has the recess and is made of the elastic material, the sealing body is pressed against all three sealing surfaces. This may be accompanied by a deformation of the sealing body, so that the sealing body is pressed flat against the sealing surfaces.
  • the hydrogen in the interior of the generator has a pressure of 5 to 8.5 bar overpressure relative to the environment.
  • this overpressure acts sealingly in the sealing system, since the recess is pressurized with the overpressure in such a manner that the sealing body is pressed against the sealing surfaces in a hydrogen-tight manner.
  • the sealing chamber is formed by the three sealing surfaces, wherein the third sealing surface is arranged facing the high-pressure chamber.
  • the pressure forces in the seal body caused by the pressure difference in the recess of the seal body act substantially perpendicular to the sealing surfaces, whereby the pressure body is pressed by the pressure difference in the pressure chamber.
  • the sealing body can deform within the sealing chamber and cling to the sealing surfaces such that a fluid-tight seal of the sealing chamber and thus of the gap is achieved.
  • the higher the pressure difference the higher the requirements for the sealing effect of the sealing system. Characterized in that at the high pressure difference, the contact pressure of the sealing body to the sealing surfaces is high, the sealing effect of the sealing system increases in analogy to the size of the pressure difference.
  • the sealing system is advantageous to seal the high hydrogen pressure in the interior of the generator against its environment.
  • the O-ring of the sealing ring is mounted with a radially inwardly directed bias against the radially inner sealing surface.
  • the O-ring is disposed within the groove on the groove base, so that with the outer contour of the O-ring and the groove flanks of the groove a surface shape is defined, which is advantageously designed according to such that due to the pressurization of this surface by the pressure difference of the sealing ring is pressed against the sealing surfaces with homogeneous surface pressure.
  • a generator 1 has a radiator wall 2, to which an outer ring 3 is mounted concentrically and radially outwardly for this purpose.
  • a pressure frame 4 is arranged, which is fastened by means of a screw 5 to the outer ring 3.
  • a gap 6 is formed, which is acted upon with hydrogen from the interior of the generator 1 with 5 to 8.5 bar.
  • the pressure frame 4 is arranged radially at a distance from the outer surface of the radiator wall 2, so that a gap 7, which lies between the pressure frame 4 and the outside of the radiator wall 3, opens into the intermediate space 6.
  • the gap 7 is applied analogously to the gap 6 with the hydrogen.
  • a sealing chamber 10 is formed, which has a greater extent than the gap 7 in the radial direction.
  • a radially outwardly extending recess is formed, which is a step-like Transition to the gap 7 forms.
  • this is achieved by a radially outwardly projecting projection on the radiator wall 2, whereby a step-like transition from the gap 6 in the gap 7 and from the gap 7 is achieved in the seal chamber 10.
  • the step-like transitions of the seal chamber 10 in the gap 7 each have a support surface on the pressure frame 4 and the projection of the radiator wall 2 is formed, wherein the support surfaces are arranged facing away from the gap 7.
  • Each sealing surface 8, 9 adjoin the support surfaces, the first sealing surface 8 being defined by the recess in the pressure frame 4, and the second sealing surface 9 being defined on the outside of the cooler wall 2.
  • the sealing surfaces 8, 9 are formed concentrically to the axis of the generator 1, wherein the first sealing surface 8 radially outwardly and the second sealing surface 9 are arranged radially inwardly, whereby the radial extent of the sealing chamber 10 is defined.
  • Characterized in that the sealing surfaces 8, 9 are circular cylindrical surfaces, the sealing chamber 10 is formed as an annular space.
  • a sealing plate 11 is arranged, which bridges the distance between the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9 with its projection.
  • the front side of the projection of the sealing plate 11 forms a third sealing surface 12, so that the sealing chamber 10 is bounded by the sealing surfaces 8, 9 and 12 and the support surfaces.
  • the seal plate 11 is fixed in the axial direction.
  • the projection of the sealing plate 11, which is arranged between the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9, may be slightly smaller than the distance between the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9 in its radial extent. This is particularly advantageous if, due to different thermal expansion during operation of the generator 1, the radiator wall 2 and the pressure frame 4 experience a relative movement to each other, so that the distance between the sealing surfaces 8, 9 is not constant over time. By a correspondingly smaller formation of the projection of the sealing plate 11, a disadvantageous jamming of the projection of the sealing plate 11 in the sealing chamber 10 can be prevented.
  • a sealing ring 13 is arranged, which is made of an elastic material.
  • the cross section of the sealing ring 13 is adapted to the square cross-section of the sealing chamber 10 accurately, wherein the sealing ring 13 has on its side facing the gap 7 a circumferential groove 14 as a recess.
  • the groove 14 is formed by two groove flanks 15 and a groove base 16, wherein in the groove 14 on the groove base 16, an O-ring 17 is arranged.
  • the O-ring 17 is mounted with a radially inwardly acting bias.
  • the groove flanks 15 are arranged in a V-shape relative to each other, whereby the shape of the groove base 16 is modeled on the circular cross-section of the O-ring 17.
  • the inner groove flank 15 is inclined to the axis of the generator 1 such that the O-ring 17 remains on the groove base 16 due to self-adhesion.
  • the groove 14 opens towards the gap 7, whereby the support surfaces of the pressure frame 4 and the radiator wall 2 facing lips 20 of the sealing ring 13 are formed.
  • the gap 6 and the gap 7 are pressurized with the hydrogen, so that the space of the seal chamber 19 left open by the seal ring 13 is also pressurized with the hydrogen.
  • This space is essentially defined by the shape of the groove flanks 15 and the exposed surface of the O-ring 17.
  • the overpressure of the hydrogen to the surroundings 19 of the generator 1 is indicated by arrows which are identified by the reference numeral 18 in FIG Fig. 5 Marked are.
  • the pressure 18 acts on the groove flanks 15 and the exposed surface of the O-ring 17 so that the sealing ring 13 in both the direction of the third sealing surface 12 as is also pressed to the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9.
  • the sealing ring 13 in the sealing chamber 10 parallel to the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9 in the direction of the third sealing surface 12 to move out.
  • the sealing ring 13 is formed on its side facing the support surfaces each with the lip 20, the lips 20 are pressed outward due to the gas pressure 18, so that the radially outer lip 20 to the first sealing surface 8 and the radially inner lip 20th are pressed to the second sealing surface 9.
  • the sealing surfaces 8, 9, 12 of the sealing ring 13 contacted surface, whereby a high sealing effect of the sealing ring 13 is achieved.
  • the cross section of the sealing ring 13 is Y-shaped, whereby the sealing ring 13 of the gas pressure 18 is effectively deformed in the radial direction.
  • the diameter of the O-ring 17 is determined such that a predetermined bias of the sealing ring 13 is achieved against the second sealing surface 9. Further, the diameter of the cross section of the O-ring 17 is determined such that a predetermined bias of the seal ring 13 is achieved against the first sealing surface 8.

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Abstract

The system has a sealing ring (13) made of an elastic material. A sealing plate bridges a gap at first and second sealing surfaces (8, 9). A third sealing surface (12) faces towards a high pressure chamber i.e. intermediate space. The ring is laid at the third surface together with the first and second surfaces in fluid tight manner. The ring includes a groove (14) at a side, which faces away from the third surface and towards the chamber, so that the ring is pressed at the sealing surfaces in fluid tight manner by a pressure difference between the high pressure chamber and a sealing chamber. An independent claim is also included for a generator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem zum Abdichten eines Spalts, der von zwei einander zugewandten und im Abstand voneinander angeordneten Dichtflächen gebildet ist, und einen Generator, der zum Abdichten seines Innenraums gegen die Umgebung mit dem Dichtungssystem ausgestattet ist.The invention relates to a sealing system for sealing a gap, which is formed by two mutually facing and spaced sealing surfaces, and a generator which is equipped to seal its interior against the environment with the sealing system.

Ein Generator weist einen Rotor mit elektrischen Leitern auf, die bei dem Betrieb des Generators sich erwärmen. Um eine Überhitzung des Generators zu unterbinden, ist der Generator mit einem Kühlkreislauf ausgestattet, mit dem die Wärme von dem Generator abgeführt wird. Insbesondere wird in dem Kühlkreislauf als ein Trägermedium für die Wärme Wasserstoff zirkuliert, mit dem der Innenraum des Generators durchströmt wird. Das Verwenden von dem Wasserstoff als das Trägermedium ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da mit dem Wasserstoff aufgrund seiner hohen Wärmeaufnahmefähigkeit ein guter Abtransport der Wärme bewerkstelligbar ist sowie aufgrund der geringen Viskosität des Wasserstoffs lediglich geringe Reibungsverluste beim Umwälzen des Trägermediums entstehen. Um ein Austreten des Trägermediums aus dem Generator zu verhindern, ist der Generator und der Kühlkreis entsprechend dicht auszuführen.A generator has a rotor with electrical conductors which heat up during operation of the generator. To prevent overheating of the generator, the generator is equipped with a cooling circuit, with which the heat is removed from the generator. In particular, hydrogen is circulated in the cooling circuit as a carrier medium for the heat, with which the interior of the generator is flowed through. The use of the hydrogen as the carrier medium is particularly advantageous because with the hydrogen due to its high heat absorption ability a good removal of heat can be accomplished and due to the low viscosity of hydrogen only low friction losses occur when circulating the carrier medium. In order to prevent the carrier medium from escaping from the generator, the generator and the cooling circuit must be designed to be tight.

Insbesondere ist eine Abdichtung von Bauteilen eines Kühlers des Kühlkreislaufs gegen Bauteile des Generators problematisch, da die Bauteile des Generators eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als die Bauteile des Kühlers haben. Beim Anfahren des Generators werden die Bauteile des Generators stärker erwärmt als die Bauteile des Kühlers, so dass die Bauteile des Generators eine stärkere Wärmeausdehnung erfahren als die Bauteile des Kühlers, wodurch sich eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen des Generators und denen des Kühlers einstellt. In analoger Weise stellt sich eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen des Kühlers und denen des Generators beim Abfahren des Generators ein. Hiervon betroffen ist insbesondere die Wasserstoffkühlerdichtung an der Unterseite des Generators, die beim An- und Abfahren des Generators Undichtigkeiten haben kann. Zu Erhöhung der Dichtwirkung der Wasserstoffkühlerdichtung ist es bekannt den Einbauraum der Wasserstoffkühlerdichtung zu verkleinern, wodurch das Material der Wasserstoffkühlerdichtung zusammengedrückt und dadurch die Flächenpressung der Wasserstoffkühlerdichtung auf ihre Dichtflächen erhöht wird. Allerdings ist der Grad der Verformung der Wasserstoffkühlerdichtung auf ein zulässiges Maß begrenzt, wodurch sich lediglich eine kurzfristige Erhöhung der Dichtwirkung erzielen lässt.In particular, a sealing of components of a radiator of the cooling circuit against components of the generator is problematic because the components of the generator have a much higher operating temperature than the components of the radiator. When starting the generator, the components of the generator are heated more than the components of the radiator, so that the components of the generator undergo a greater thermal expansion than the components of the radiator, resulting in a relative movement between the components of the generator and those of the Cooler. In an analogous manner, a relative movement between the components of the radiator and those of the generator when the generator is shut down. This affects in particular the hydrogen cooler seal on the underside of the generator, which may have leaks when starting and stopping the generator. To increase the sealing effect of the hydrogen cooler seal, it is known to reduce the installation space of the hydrogen cooler seal, whereby the material of the hydrogen cooler seal is compressed and thereby the surface pressure of the hydrogen cooler seal is increased to its sealing surfaces. However, the degree of deformation of the hydrogen cooler seal is limited to a permissible level, whereby only a short-term increase in the sealing effect can be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtungssystem zum Abdichten eines Spalts an zwei einander zugewandten Dichtflächen und einen Generator mit dem Dichtungssystem zu schaffen, wobei das Dichtungssystem über einen langen Zeitraum eine hohe Dichtigkeit hat.The object of the invention is to provide a sealing system for sealing a gap on two facing sealing surfaces and a generator with the sealing system, wherein the sealing system has a high density over a long period of time.

Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.The object is solved with the features of claims 1 and 11. Preferred embodiments thereof are given in the further claims.

Das erfindungsgemäße Dichtungssystem ist zum Abdichten eines Spalts geeignet, der von zwei einander zugewandten und im Abstand voneinander angeordneten Dichtflächen gebildet ist, wobei mit dem Spalt ein Hochdruckraum und ein Niederdruckraum fluidleitend verbindbar sind. Das Dichtungssystem weist einen Dichtungskörper und eine Dichtungsplatte auf, die den Spalt an den beiden Dichtflächen überbrückt und in Längsrichtung des Spalts festgelegt ist sowie dem Hochdruckraum zugewandt eine dritte Dichtfläche aufweist, an der zusammen mit den anderen beiden Dichtflächen der Dichtungskörper fluiddicht anlegbar ist, der an der der dritten Dichtfläche abgewandten und dem Hochdruckraum zugewandten Seite eine derart geformte Aussparung aufweist, dass mittels des Druckunterschieds zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum der Dichtungskörper an die Dichtflächen fluiddicht pressbar ist. Der erfindungsgemäße Generator weist das Dichtungssystem auf, wobei der Hochdruckraum der mit Wasserstoff gefüllte Innenraum des Generators und der Niederdruckraum die Umgebung des Generators ist, so dass mit dem Dichtungssystem der Generator gegen seine Umgebung wasserstoffdicht abgedichtet ist.The sealing system according to the invention is suitable for sealing a gap, which is formed by two facing and spaced sealing surfaces, wherein the gap, a high-pressure chamber and a low-pressure chamber are fluid-conductively connectable. The sealing system has a sealing body and a sealing plate which bridges the gap at the two sealing surfaces and fixed in the longitudinal direction of the gap and facing the high-pressure chamber has a third sealing surface on which together with the other two sealing surfaces of the sealing body can be applied fluid-tight, the the side facing away from the third sealing surface and facing the high pressure chamber side has a recess formed in such a way that by means of the pressure difference between the high-pressure chamber and the low-pressure chamber of the sealing body to the sealing surfaces can be pressed fluid-tight. The generator according to the invention has the sealing system, wherein the high-pressure space of the filled with hydrogen interior of the generator and the low pressure space is the environment of the generator, so that sealed with the sealing system, the generator against its environment hydrogen-tight.

Bevorzugtermaßen sind die Breite der Dichtflächen im Wesentlichen gleich groß. An den ersten beiden Dichtflächen ist bevorzugtermaßen der Spalt verbreitert ausgebildet, so dass von den drei Dichtflächen eine Dichtungskammer abgegrenzt ist. Es ist bevorzugt, dass die Dichtungskammer einen rechteckigen Querschnitt hat. Die Aussparung ist bevorzugtermaßen von zwei Flanken begrenzt, die die Aussparungen V-förmig im Querschnitt ausbilden.Preferred dimensions, the width of the sealing surfaces are substantially equal. At the first two sealing surfaces, the gap is preferably widened, so that a sealing chamber is delimited from the three sealing surfaces. It is preferable that the seal chamber has a rectangular cross section. The recess is preferably limited by two flanks, which form the recesses V-shaped in cross section.

Der Spalt ist bevorzugt ringförmig und der Dichtungskörper entsprechend dem ringförmigen Verlauf des Spalts als ein Dichtungsring ausgebildet. Ferner ist es bevorzugt, dass die Aussparung als eine umlaufende Nut ausgebildet ist. Am Grund der Nut ist bevorzugtermaßen ein O-Ring angeordnet. Hierbei ist es bevorzugt, dass der O-Ring in dem Dichtungsring unter einer radial nach innen gerichteten Vorspannung montiert ist. Die Nut ist mit ihren Flanken bevorzugtermaßen derart geformt, dass aufgrund von Selbsthemmung der O-Ring innerhalb der Nut gehalten ist.The gap is preferably annular and the sealing body according to the annular profile of the gap formed as a sealing ring. Furthermore, it is preferred that the recess is formed as a circumferential groove. At the bottom of the groove an O-ring is preferably arranged. Here, it is preferable that the O-ring is mounted in the seal ring under a radially inward bias. The groove is preferably formed with their flanks such that is held due to self-locking of the O-ring within the groove.

Zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum herrscht der Druckunterschied. Dieser Druckunterschied ist von dem Dichtungskörper überbrückt. Dadurch, dass der Dichtungskörper die Aussparung aufweist und aus dem elastischen Material ist, ist der Dichtungskörper gegen alle drei Dichtflächen gedrückt. Hierbei kann eine Verformung des Dichtungskörpers einhergehen, so dass der Dichtungskörper flächig an die Dichtflächen angepresst ist.Between the high-pressure chamber and the low-pressure chamber, the pressure difference prevails. This pressure difference is bridged by the seal body. Characterized in that the sealing body has the recess and is made of the elastic material, the sealing body is pressed against all three sealing surfaces. This may be accompanied by a deformation of the sealing body, so that the sealing body is pressed flat against the sealing surfaces.

Der Wasserstoff in dem Innenraum des Generators hat einen Druck von 5 bis 8,5 bar Überdruck gegenüber der Umgebung. Dieser Überdruck wirkt erfindungsgemäß abdichtend in dem Dichtungssystem, da mit dem Überdruck die Aussparung derart druckbeaufschlagt ist, dass der Dichtungskörper an die Dichtflächen wasserstoffdicht gepresst ist.The hydrogen in the interior of the generator has a pressure of 5 to 8.5 bar overpressure relative to the environment. According to the invention, this overpressure acts sealingly in the sealing system, since the recess is pressurized with the overpressure in such a manner that the sealing body is pressed against the sealing surfaces in a hydrogen-tight manner.

Die Dichtungskammer ist von den drei Dichtflächen gebildet, wobei die dritte Dichtfläche dem Hochdruckraum zugewandt angeordnet ist. Dadurch wirken die von dem Druckunterschied in der Aussparung des Dichtungskörpers verursachten Druckkräfte in dem Dichtungskörper im Wesentlichen senkrecht auf die Dichtflächen, wodurch der Druckkörper von dem Druckunterschied in die Druckkammer gedrückt ist. Dabei kann sich der Dichtungskörper innerhalb der Dichtungskammer derart verformen und an die Dichtflächen anschmiegen, dass eine fluiddichte Abdichtung der Dichtungskammer und somit des Spalts erzielt ist.The sealing chamber is formed by the three sealing surfaces, wherein the third sealing surface is arranged facing the high-pressure chamber. As a result, the pressure forces in the seal body caused by the pressure difference in the recess of the seal body act substantially perpendicular to the sealing surfaces, whereby the pressure body is pressed by the pressure difference in the pressure chamber. In this case, the sealing body can deform within the sealing chamber and cling to the sealing surfaces such that a fluid-tight seal of the sealing chamber and thus of the gap is achieved.

Je höher der Druckunterschied ist, desto höher sind die Anforderungen an die Dichtwirkung des Dichtungssystems. Dadurch, dass bei dem hohen Druckunterschied die Anpressung des Dichtungskörpers an die Dichtflächen hoch ist, nimmt die Dichtwirkung des Dichtungssystems analog zur Größe des Druckunterschieds zu. Dadurch ist vorteilhaft das Dichtungssystem geeignet den hohen Wasserstoffdruck im Innenraum des Generators gegen seine Umgebung abzudichten.The higher the pressure difference, the higher the requirements for the sealing effect of the sealing system. Characterized in that at the high pressure difference, the contact pressure of the sealing body to the sealing surfaces is high, the sealing effect of the sealing system increases in analogy to the size of the pressure difference. Thus, the sealing system is advantageous to seal the high hydrogen pressure in the interior of the generator against its environment.

Mit Hilfe des O-Rings ist der Dichtungsring mit einer radial nach innen gerichteten Vorspannung gegen die radial innenliegende Dichtfläche montiert. Außerdem ist der O-Ring innerhalb der Nut am Nutgrund angeordnet, so dass mit der Außenkontur des O-Rings und den Nutflanken der Nut eine Oberflächenform definiert ist, die vorteilhaft entsprechend derart gestaltbar ist, dass aufgrund der Druckbeaufschlagung dieser Oberfläche durch den Druckunterschied der Dichtungsring mit homogener Flächenpressung an die Dichtflächen angedrückt ist.With the help of the O-ring of the sealing ring is mounted with a radially inwardly directed bias against the radially inner sealing surface. In addition, the O-ring is disposed within the groove on the groove base, so that with the outer contour of the O-ring and the groove flanks of the groove a surface shape is defined, which is advantageously designed according to such that due to the pressurization of this surface by the pressure difference of the sealing ring is pressed against the sealing surfaces with homogeneous surface pressure.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators mit dem erfindungsgemäßen Dichtungssystem anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1
eine perspektivische Darstellung eines Dichtungsrings des Dichtungssystems,
Figur 2
eine perspektivische, geschnittene Darstellung des Dichtungsrings aus Figur 1,
Figur 3
einen Querschnitt des Generators mit dem Dichtungssystem,
Figur 4
Detail IV aus Figur 3 und
Figur 5
Detail V aus Figur 4.
In the following, a preferred embodiment of the generator according to the invention is explained with the sealing system according to the invention with reference to the accompanying schematic drawings. Show it:
FIG. 1
a perspective view of a sealing ring of the sealing system,
FIG. 2
a perspective, sectional view of the sealing ring FIG. 1 .
FIG. 3
a cross section of the generator with the sealing system,
FIG. 4
Detail IV off FIG. 3 and
FIG. 5
Detail V off FIG. 4 ,

Wie es aus Figuren 1 bis 5 ersichtlich ist, weist ein Generator 1 eine Kühlerwand 2 auf, an der hierzu konzentrisch und radial nach außen vorstehend ein Außenring 3 angebracht ist. An dem Außenring 3 ist ein Druckrahmen 4 angeordnet, der mittels einer Schraubverbindung 5 mit dem Außenring 3 befestigt ist. Zwischen der radial innenliegenden Seite des Außenrings 3 und der radial außenliegenden Fläche der Kühlerwand 2 ist ein Zwischenraum 6 ausgebildet, der mit Wasserstoff aus dem Innenraum des Generators 1 mit 5 bis 8,5 bar beaufschlagt ist. Der Druckrahmen 4 ist radial im Abstand von der Außenfläche der Kühlerwand 2 angeordnet, so dass ein Spalt 7, der zwischen dem Druckrahmen 4 und der Außenseite der Kühlerwand 3 liegt, in den Zwischenraum 6 mündet. Somit ist der Spalt 7 analog wie der Zwischenraum 6 mit dem Wasserstoff beaufschlagt. In Axialrichtung des Generators 1 gesehen dem Zwischenraum 6 abgewandt ist in den Spalt 7 mündend eine Dichtungskammer 10 ausgebildet, die in Radialrichtung eine größere Erstreckung als der Spalt 7 hat. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem Druckrahmen 4 eine radial nach außen sich erstreckende Aussparung ausgebildet ist, die einen stufenartigen Übergang zum Spalt 7 bildet. Ferner ist dies erreicht durch einen radial nach außen vorstehenden Vorsprung an der Kühlerwand 2, wodurch ein stufenartiger Übergang von dem Zwischenraum 6 in den Spalt 7 und von dem Spalt 7 in die Dichtungskammer 10 erreicht ist. Durch die stufenartigen Übergänge der Dichtungskammer 10 in den Spalt 7 ist jeweils eine Abstützfläche an dem Druckrahmen 4 und dem Vorsprung der Kühlerwand 2 ausgebildet, wobei die Abstützflächen dem Spalt 7 abgewandt angeordnet sind.Like it out FIGS. 1 to 5 it can be seen, a generator 1 has a radiator wall 2, to which an outer ring 3 is mounted concentrically and radially outwardly for this purpose. On the outer ring 3, a pressure frame 4 is arranged, which is fastened by means of a screw 5 to the outer ring 3. Between the radially inner side of the outer ring 3 and the radially outer surface of the radiator wall 2, a gap 6 is formed, which is acted upon with hydrogen from the interior of the generator 1 with 5 to 8.5 bar. The pressure frame 4 is arranged radially at a distance from the outer surface of the radiator wall 2, so that a gap 7, which lies between the pressure frame 4 and the outside of the radiator wall 3, opens into the intermediate space 6. Thus, the gap 7 is applied analogously to the gap 6 with the hydrogen. In the axial direction of the generator 1 facing away from the gap 6 is in the gap 7 opening a sealing chamber 10 is formed, which has a greater extent than the gap 7 in the radial direction. This is achieved in that in the pressure frame 4, a radially outwardly extending recess is formed, which is a step-like Transition to the gap 7 forms. Furthermore, this is achieved by a radially outwardly projecting projection on the radiator wall 2, whereby a step-like transition from the gap 6 in the gap 7 and from the gap 7 is achieved in the seal chamber 10. By the step-like transitions of the seal chamber 10 in the gap 7 each have a support surface on the pressure frame 4 and the projection of the radiator wall 2 is formed, wherein the support surfaces are arranged facing away from the gap 7.

An die Abstützflächen schließen sich jeweils eine Dichtfläche 8, 9 an, wobei von der Aussparung in dem Druckrahmen 4 die erste Dichtfläche 8 und an der Außenseite der Kühlerwand 2 die zweite Dichtfläche 9 definiert sind. Die Dichtflächen 8, 9 sind konzentrisch zur Achse des Generators 1 ausgebildet, wobei die erste Dichtfläche 8 radial außenseitig und die zweite Dichtfläche 9 radial innenseitig angeordnet sind, wodurch die Radialerstreckung der Dichtungskammer 10 definiert ist. Dadurch, dass die Dichtflächen 8, 9 Kreiszylinderflächen sind, ist die Dichtungskammer 10 als ein Ringraum ausgebildet.Each sealing surface 8, 9 adjoin the support surfaces, the first sealing surface 8 being defined by the recess in the pressure frame 4, and the second sealing surface 9 being defined on the outside of the cooler wall 2. The sealing surfaces 8, 9 are formed concentrically to the axis of the generator 1, wherein the first sealing surface 8 radially outwardly and the second sealing surface 9 are arranged radially inwardly, whereby the radial extent of the sealing chamber 10 is defined. Characterized in that the sealing surfaces 8, 9 are circular cylindrical surfaces, the sealing chamber 10 is formed as an annular space.

In der Dichtungskammer 10 ist eine Dichtungsplatte 11 angeordnet, die mit ihrem Vorsprung den Abstand zwischen der ersten Dichtfläche 8 und der zweiten Dichtfläche 9 überbrückt. Die Stirnseite des Vorsprungs der Dichtungsplatte 11 bildet eine dritte Dichtfläche 12, so dass von den Dichtflächen 8, 9 und 12 sowie den Abstützflächen die Dichtungskammer 10 begrenzt ist. Die Dichtungsplatte 11 ist in Axialrichtung festgelegt.In the sealing chamber 10, a sealing plate 11 is arranged, which bridges the distance between the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9 with its projection. The front side of the projection of the sealing plate 11 forms a third sealing surface 12, so that the sealing chamber 10 is bounded by the sealing surfaces 8, 9 and 12 and the support surfaces. The seal plate 11 is fixed in the axial direction.

Der Vorsprung der Dichtungsplatte 11, der zwischen der ersten Dichtfläche 8 und der zweiten Dichtfläche 9 angeordnet ist, kann in seiner Radialerstreckung etwas kleiner als der Abstand zwischen der ersten Dichtfläche 8 und der zweiten Dichtfläche 9 sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aufgrund von unterschiedlicher thermischer Ausdehnung beim Betrieb des Generators 1 die Kühlerwand 2 und der Druckrahmen 4 eine Relativbewegung zueinander erfahren, so dass der Abstand zwischen den Dichtflächen 8, 9 über die Zeit nicht konstant ist. Durch eine entsprechend kleinere Ausbildung des Vorsprungs der Dichtungsplatte 11 kann ein unvorteilhaftes Verklemmen des Vorsprungs der Dichtungsplatte 11 in der Dichtungskammer 10 unterbunden werden.The projection of the sealing plate 11, which is arranged between the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9, may be slightly smaller than the distance between the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9 in its radial extent. This is particularly advantageous if, due to different thermal expansion during operation of the generator 1, the radiator wall 2 and the pressure frame 4 experience a relative movement to each other, so that the distance between the sealing surfaces 8, 9 is not constant over time. By a correspondingly smaller formation of the projection of the sealing plate 11, a disadvantageous jamming of the projection of the sealing plate 11 in the sealing chamber 10 can be prevented.

In der Dichtungskammer 10 ist ein Dichtungsring 13 angeordnet, der aus einem elastischen Material hergestellt ist. Der Querschnitt des Dichtungsrings 13 ist an den quadratischen Querschnitt der Dichtungskammer 10 passgenau angepasst, wobei der Dichtungsring 13 an seiner den Spalt 7 zugewandten Seite eine umlaufende Nut 14 als eine Aussparung aufweist. Die Nut 14 ist von zwei Nutflanken 15 und einem Nutgrund 16 gebildet, wobei in der Nut 14 auf dem Nutgrund 16 ein O-Ring 17 angeordnet ist. Der O-Ring 17 ist mit einer radial nach innen wirkenden Vorspannung montiert. Die Nutflanken 15 sind V-förmig zueinander angeordnet, wobei der die Form des Nutgrunds 16 dem kreisförmigen Querschnitt des O-Rings 17 nachempfunden ist. Insbesondere die innenliegende Nutflanke 15 ist derart zur Achse des Generators 1 geneigt, dass der O-Ring 17 aufgrund von Selbsthaftung an dem Nutgrund 16 verbleibt. Durch die V-förmige Anordnung der Nutflanken 15 öffnet sich die Nut 14 zum Spalt 7 hin, wodurch den Abstützflächen des Druckrahmens 4 und der Kühlerwand 2 zugewandte Lippen 20 des Dichtungsrings 13 ausgebildet sind.In the sealing chamber 10, a sealing ring 13 is arranged, which is made of an elastic material. The cross section of the sealing ring 13 is adapted to the square cross-section of the sealing chamber 10 accurately, wherein the sealing ring 13 has on its side facing the gap 7 a circumferential groove 14 as a recess. The groove 14 is formed by two groove flanks 15 and a groove base 16, wherein in the groove 14 on the groove base 16, an O-ring 17 is arranged. The O-ring 17 is mounted with a radially inwardly acting bias. The groove flanks 15 are arranged in a V-shape relative to each other, whereby the shape of the groove base 16 is modeled on the circular cross-section of the O-ring 17. In particular, the inner groove flank 15 is inclined to the axis of the generator 1 such that the O-ring 17 remains on the groove base 16 due to self-adhesion. By the V-shaped arrangement of the groove flanks 15, the groove 14 opens towards the gap 7, whereby the support surfaces of the pressure frame 4 and the radiator wall 2 facing lips 20 of the sealing ring 13 are formed.

Der Zwischenraum 6 und der Spalt 7 sind mit dem Wasserstoff druckbeaufschlagt, so dass der von dem Dichtungsring 13 freigelassene Raum der Dichtungskammer 19 ebenfalls mit dem Wasserstoff druckbeaufschlagt ist. Dieser Raum ist im Wesentlichen durch die Form der Nutflanken 15 und der freiliegenden Oberfläche des O-Rings 17 definiert. Der Überdruck des Wasserstoffs zur Umgebung 19 des Generators 1 ist Pfeilen angedeutet, die mit dem Bezugszeichen 18 in Fig. 5 gekennzeichnet sind. Der Druck 18 wirkt auf die Nutflanken 15 und der freiliegenden Oberfläche des O-Rings 17 so, dass der Dichtungsring 13 sowohl in Richtung zur dritten Dichtfläche 12 als auch zur ersten Dichtfläche 8 und zur zweiten Dichtfläche 9 gedrückt wird. Dabei kann sich der Dichtungsring 13 in der Dichtungskammer 10 parallel zur ersten Dichtfläche 8 und zur zweiten Dichtfläche 9 in Richtung zur dritten Dichtfläche 12 hin verschieben. Dadurch, dass der Dichtungsring 13 an seiner den Abstützflächen zugewandten Seite jeweils mit der Lippe 20 ausgebildet ist, werden aufgrund des Gasdrucks 18 die Lippen 20 nach außen gedrückt, so dass die radial außenliegende Lippe 20 an die erste Dichtfläche 8 und die radial innenliegende Lippe 20 an die zweite Dichtfläche 9 gedrückt werden. Somit sind die Dichtflächen 8, 9, 12 von dem Dichtungsring 13 flächig kontaktiert, wodurch eine hohe Dichtwirkung des Dichtungsrings 13 erzielt ist.The gap 6 and the gap 7 are pressurized with the hydrogen, so that the space of the seal chamber 19 left open by the seal ring 13 is also pressurized with the hydrogen. This space is essentially defined by the shape of the groove flanks 15 and the exposed surface of the O-ring 17. The overpressure of the hydrogen to the surroundings 19 of the generator 1 is indicated by arrows which are identified by the reference numeral 18 in FIG Fig. 5 Marked are. The pressure 18 acts on the groove flanks 15 and the exposed surface of the O-ring 17 so that the sealing ring 13 in both the direction of the third sealing surface 12 as is also pressed to the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9. In this case, the sealing ring 13 in the sealing chamber 10 parallel to the first sealing surface 8 and the second sealing surface 9 in the direction of the third sealing surface 12 to move out. Characterized in that the sealing ring 13 is formed on its side facing the support surfaces each with the lip 20, the lips 20 are pressed outward due to the gas pressure 18, so that the radially outer lip 20 to the first sealing surface 8 and the radially inner lip 20th are pressed to the second sealing surface 9. Thus, the sealing surfaces 8, 9, 12 of the sealing ring 13 contacted surface, whereby a high sealing effect of the sealing ring 13 is achieved.

Durch die V-förmige Anordnung der Nutflanken 15 ist der Querschnitt des Dichtungsrings 13 Y-förmig, wodurch der Dichtungsring 13 von dem Gasdruck 18 effektiv in Radialrichtung verformbar ist. Der Durchmesser des O-Rings 17 ist derart bestimmt, dass eine vorherbestimmte Vorspannung des Dichtungsrings 13 gegen die zweite Dichtfläche 9 erreicht ist. Ferner ist der Durchmesser des Querschnitts des O-Rings 17 derart bestimmt, dass eine vorherbestimmte Vorspannung des Dichtungsrings 13 gegen die erste Dichtfläche 8 erzielt ist.Due to the V-shaped arrangement of the groove flanks 15, the cross section of the sealing ring 13 is Y-shaped, whereby the sealing ring 13 of the gas pressure 18 is effectively deformed in the radial direction. The diameter of the O-ring 17 is determined such that a predetermined bias of the sealing ring 13 is achieved against the second sealing surface 9. Further, the diameter of the cross section of the O-ring 17 is determined such that a predetermined bias of the seal ring 13 is achieved against the first sealing surface 8.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (11)

Dichtungssystem zum Abdichten eines Spalts (7), der von zwei einander zugewandten und im Abstand voneinander angeordneten Dichtflächen (8, 9) gebildet ist,
wobei mit dem Spalt (7) ein Hochdruckraum (6) und ein Niederdruckraum (19) fluidleitend verbindbar ist und das Dichtungssystem einen Dichtungskörper (13) aus einem elastischen Material und eine Dichtungsplatte (11) aufweist, die den Spalt (7) an den beiden Dichtflächen (8, 9) überbrückt und in Längsrichtung des Spalts (7) festgelegt ist,
sowie dem Hochdruckraum (6) zugewandt eine dritte Dichtfläche (12) aufweist, an der zusammen mit den anderen beiden Dichtflächen (8, 9) der Dichtungskörper (13) fluiddicht anlegbar ist, der an der der dritten Dichtfläche (12) abgewandten und dem Hochdruckraum zugewandten Seite eine derart geformte Aussparung (14) aufweist, dass mittels des Druckunterschieds (18) zwischen dem Hochdruckraum (6) und dem Niederdruckraum (19) der Dichtungskörper (13) an die Dichtflächen (8, 9, 12) fluiddicht pressbar ist.Sealing system for sealing a gap (7), which is formed by two facing and spaced sealing surfaces (8, 9),
wherein with the gap (7) a high pressure chamber (6) and a low pressure chamber (19) is fluid conductively connectable and the sealing system comprises a sealing body (13) made of an elastic material and a sealing plate (11), the gap (7) at the two Bridged sealing surfaces (8, 9) and fixed in the longitudinal direction of the gap (7),
and the high-pressure chamber (6) facing a third sealing surface (12) on which together with the other two sealing surfaces (8, 9) of the sealing body (13) can be applied fluid-tight, facing away from the third sealing surface (12) and the high-pressure chamber facing side has a recess (14) formed such that by means of the pressure difference (18) between the high-pressure chamber (6) and the low-pressure chamber (19) of the sealing body (13) to the sealing surfaces (8, 9, 12) can be pressed fluid-tight. Dichtungssystem gemäß Anspruch 1,
wobei die Breite der Dichtflächen (8, 9, 13) im Wesentlichen gleich groß sind.Sealing system according to claim 1,
wherein the width of the sealing surfaces (8, 9, 13) are substantially equal. Dichtungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei an den ersten beiden Dichtflächen (8, 9) der Spalt (7) verbreitert ausgebildet ist, so dass von den drei Dichtflächen (8, 9, 12) eine Dichtungskammer (10) abgegrenzt ist.Sealing system according to claim 1 or 2,
wherein at the first two sealing surfaces (8, 9) of the gap (7) is widened, so that of the three sealing surfaces (8, 9, 12) a sealing chamber (10) is delimited. Dichtungssystem gemäß Anspruch 3,
wobei die Dichtungskammer (10) einen rechteckigen Querschnitt hat.Sealing system according to claim 3,
wherein the sealing chamber (10) has a rectangular cross-section. Dichtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aussparung (14) von zwei Flanken (15) begrenzt ist, die die Aussparung V-förmig im Querschnitt ausbilden.Sealing system according to one of claims 1 to 4, wherein the recess (14) of two flanks (15) is limited, which form the recess V-shaped in cross section. Dichtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spalt (7) ringförmig und der Dichtungskörper entsprechend dem ringförmigen Verlauf des Spalts (7) als ein Dichtungsring (13) ausgebildet ist.Sealing system according to one of claims 1 to 5, wherein the gap (7) is annular and the sealing body according to the annular course of the gap (7) as a sealing ring (13) is formed. Dichtungssystem gemäß Anspruch 6,
wobei die Aussparung als eine umlaufende Nut (14) ausgebildet ist.Sealing system according to claim 6,
wherein the recess is formed as a circumferential groove (14). Dichtungssystem gemäß Anspruch 7,
wobei am Grund (16) der Nut (14) ein O-Ring (17) angeordnet ist.Sealing system according to claim 7,
wherein at the bottom (16) of the groove (14) an O-ring (17) is arranged. Dichtungssystem gemäß Anspruch 8,
wobei der O-Ring (17) in dem Dichtungsring (13) unter einer radial nach innen gerichteten Vorspannung montiert ist.Sealing system according to claim 8,
wherein the O-ring (17) is mounted in the seal ring (13) under a radially inward bias. Dichtungssystem gemäß Anspruch 9,
wobei die Nut (14) mit ihren Flanken (15) derart geformt ist, dass aufgrund von Selbsthemmung der O-Ring (17) innerhalb der Nut (14) gehalten ist.Sealing system according to claim 9,
wherein the groove (14) is formed with its flanks (15) such that due to self-locking of the O-ring (17) is held within the groove (14). Generator mit dem Dichtungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei Hochdruckraum (6) der mit Wasserstoff gefüllte Innenraum des Generators (1) und der Niederdruckraum die Umgebung(19) des Generators ist, so dass mit dem Dichtungssystem der Generator (1) gegen seine Umgebung (19) wasserstoffdicht abgedichtet ist.Generator with the sealing system according to one of claims 1 to 10,
wherein the high-pressure chamber (6) is the hydrogen-filled interior of the generator (1) and the low-pressure space is the environment (19) of the generator, so that sealed with the sealing system of the generator (1) against its environment (19) hydrogen-tight.
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